Материал: Іутинська Г.О. Ґрунтова мікробіологія

Представники родини Chloroflexaceae - багатоклітинні мікрооргані­ зми, що утворюють трихоми (нитки). Пігменти містяться у спеціальній пластині. Колоні? забарвлені у яскраво помаранчевий колір. Синтезують бактеріохлорофіл с, ß-каротин, у-каротин або у-каротин у глюкозидній формі, який називається міксобактином; переносниками електронів є

цитохроми с і Ь.

Окремі представники родини Chloroflexaceae — фототрофи, інші можуть рости при світлі і в темряві, наприклад. Chloroflexus attrantiacus. При світлі І в темряві в аеробних і анаеробних умовах вони добре за­ своюють ацетат, піруват, бутират, малат, лактат, амінокислоти, вугле­ води, етанол, гліцерин, маніт та Інші органічні сполуки. Це дає можли­ вість використовувати органічні сполуки як донори електронів і джерела енергії.

Зелені фототрофні бактерії поширені в озерах, лиманах, бухтах. У ґрунт можуть потрапляти з поливною водою, розмножуватись у рисових чеках.

Безбарвні сіркобактерії. Бактерії цієї групи здатні окиснювати сір­ ководень та інші відновлені сполуки сірки. Широке коло хемоорганогетеротрофних бактерій (Bacillus, Pseudomonas, Arthrobacter, Escherichia), актиноміцетів (Streptomyces), грибів (Fusarium, РепісШіит, Aspergillus)

здатні окиснювати сірководень, тіосульфат, молукулярну сірку з утво­ ренням політіонатів і сульфатів.

Існує група бактерій, які окиснюють сірководень та інші відновлені сполуки сірки і накопичують у клітинах сірку у вигляді окремих гранул. Саме ці мікроорганізми С.М. Виноградський (1888 р.) назвав безбарв­ ними сіркобактеріями, що здатні рости як хемолітотрофи і використову­ вати сірководень як джерело енергії.

HzS + Уг 0 2-+ НгО + 2S?AG0=- 17,2 кДж/моль

У нинішній час відомо, що більшість таких мікроорганізмів потребує для росту органічні субстрати.

До безбарвних сіркобактерій, що відкладають у клітинах сірку, від­ несені одноклітинні і багатоклітинні мікроорганізми. Одноклітинними є представники родів Achromatium, Thiobacterium, Macromonas, Thiovulum, Thiospira, Bilophococcus. Багатоклітинні (нитчасті) сіркобактерії утворю­ ють трихоми, здатні до ковзного руху, представники об'єднані у родину

Beggiatoaceae, яка включає роди Beggiatoa, Thioptoca, Thiothrix, Thiospiriilopsis.

До бактерій, які окиснюють відновлені сполуки сірки до сульфату в автотрофних умовах і не відкладають сірку в клітинах, віднесені пред­ ставники родів Thiobadllus, Thiomicrospira, Thiosphaera, термофільні

144

ТИегтпоіЬгіх, 5иІЇоЬасіІІи$ та архебактерії ЗиІЇоІоЬиз, АсШіапиз, Ме1а//оз- рНаега, ОезиіїигоІоЬи5.

Окиснення неорганічних сполук сірки хемолітоавтотрофними про­ каріотами складає специфіку Тх енергетичних процесів, зазвичай воно веде до утворення сульфатів, але виявляються і продукти неповного окиснення.

Реакції', які ілюструють можливі шляхи окиснення сполук сірки, на­ ведено у таблиці 7.10.

Таблиця 7.10 О сновні реакц ії окиснення сірки та ї ї сполук

хвиолітотрофними бактеріями

Б*' +2Н* + 0,5 Ог-*НгО + б"_______________

б * ♦ гО г^вО /'________________________

ЗгОз + Н20 +2 Ог~>2 * 2іҐ___________

З О / +0,5 СУ-> $0/~____________________

С/УУ* 2НгО +ЗОг—> С02 * Ш 4_______

5 5аОз + НЮ + тОз->10 в О /* 2Н*+ 4Ыг

55а + 2НгО + 6АКУ-+5 5 0 ^ » 4Н*+ ЗМг г~+3,5СУ ЗНгО -> 4 5 0 /'+6 Н*_________

5 5±0в *+ 14ЫОз+ 8НгО->203О/'+16 Н*+ 7Ыг

Окиснення хемолітотрофними бактеріями сірководню веде до утворення сірки. Це окиснення починається з утворення сульфід-суль- фгідрильнога комплексу, можливе окиснення І без проміжного продукту, яке відбувається до в 0 32'. У ТЛгтохкІапа, Т.іЬіоохіЬапз виявлена зв'язана із мембраною оксигеназа, яка каталізує окиснення сірки з утво­ ренням сульфіту.

Оксигеназа

б * + 0 2+ Нг 5 0 3г'+ 2 Н*+2 в.

При ОКИСНЄННІ сульфіту утворюється проміжний продукт - адеНОЗИ' нфосфосульфат (АФС). Механізм цього окиснення описаний Г. Пеком:

(1)

145

АДФ-сульфурилаза

Таким чином, у результаті цих послідовних реакцій сульфіт окиснюеться до кінцевого продукту - сульфату, при цьому утворюється АТФ на рівні субстратного фосфорилювання.

Шлях окисненкя іншої сполуки сірки - тіосульфату (Б20 3г‘) описа­ ний Сузукі і Уеркманом. Тіосульфат (Б-БОзг ) під дією тіосульфатокислюючого ферменту може перетворюватися на тетратіонат СОзБ-Б-Б- Б 03") або розпадатися на арку (Б0 ) І сульфіт (Б032*). Тетратіонат гідролізу­ ється з відновленням у тіосульфат та окислюється до сірки і сульфіту.

Як видно зі схеми, наведеної на рис. 7.6, у реакції окислення сірки

(4) до сульфіту можлива участь оксигенази, оскільки вона відбувається тільки за присутності кисню. Окиснення сульфіту до сульфату (5) каталі­ зується сульфітоксидазою. АМФ залежне окиснення сульфіту шляхом субстратного фосфорилювання (б) іде за участю АФС-редуктази І АДФсульфурилази, акцепторами електронів можуть бути цитохроми с.

Рис. 7.6. Можливішляхи перетворення сполук сірки

146

Перенесення електрону у тіобацил здійснюється через цитохроми а, Ь, с, а також флавопротеїди і убіхінон-8. Зворотнє АТФ-залежне пе­ ренесення електрону іде через цитохром Ь. Цей процес забезпечує бактеріТ НАДН, який необхідний для асиміляції С 02. Основним механізмом фіксації С02 є рибупозодифосфагтний цикл Кальвіна.

Наведемо коротку характеристику деяких представників сіркобак­ терій.

ТЬіоЬасіІІиз у чистій культурі була виділена М. Бейєрікком (1904) на мінеральному середовищі з тіосульфатом або сірководнем. Тим самим було підтверджено висновки С.М. Виноградського про енергетичне зна­ чення для цих мікроорганізмів процесу окиснення неорганічних сполук сірки. М. Бейерінк встановив, що Існують штами, здатні окиснювати тіо­ сульфат в анаеробних умовах, при цьому вони відновлюють нітрати до вільного азоту, ці мікроорганізми він назвав ТЬіоЬасіІІиз ІЬіорагиз і Т.ЬепіїгіНсапз. Пізніше В.Л. ОмелянськиЙ запропонував для мікрооргані­ змів цієї групи назву “тіонові бактерії1на відміну від безбарвних сіркоба­ ктерій, які накопичують сірку в клітинах. Уже в роботах М. Бейєрінка і Т. Натансона було встановлено, що тіонові бактерії здатні окиснювати різні сполуки сірки: сірководень, сульфіди, тіосульфат, тетратіонат, мо­ лекулярну сірку, роданісті сполуки до сірчаної кислоти з утворенням

проміжних або побічних продуктів, таких як попітіонати.

С. Ваксман і Дж. Іоффе виділили мікроорганізм, що мав надзвичай­ ну кислотостійкість, оптимум рн для його розвитку становив 3,0. Цей мікроорганізм отримав назву ТЬіоЬасіІІиз №юохАґал$. Р. Старкі виділив мікроорганізм Т.поувііиз. який здатний був рости міксотрофно: на сере­ довищах із тіосульфатом як автотроф, а на органічних середовищах - як гетеротроф.

Були виявлені мікроорганізми, які, окрім сірки, можуть окиснювати двовалентне залізо {Г./елоох/ралз) та розкладати роданісті сполуки

(Т ІЬІосуапоохі(іапз).

Рід ТЬіоЬасіІІиз представлений 13 видами. Молярне відношення ГЦ у різних видів становить 52,0-68,0% . Усі тіобацили одноклітинні грамнегативні бактерії, що мають форму паличок. Більшість рухомі, мають полярні джгутики. Розмножуються бінарним діленням. У клітинах вияв­ лені карбоксисоми. Клітини накопичують запасні речовини - попіфосфати, полі-р-оксибутират, полісахариди. В Інвагінаціях цитоплазматичної мембрани відкладають сірку. У відношенні до рН середовища тіобацили підрозділяють на нейтрофілів (Т.іпівгтвсііиз, Тсіеіісаіиз, T.novellus) і ацидофіліє (Г./еггоохїгіагю, Т.ІЬіоохМапз, Т.аІЬвіііз, Т.асі</орЬЙиз). Перші ростуть при рН 5,5-7,9, а другі при 1,0-5,5.

‘147

При окисненні тіобаципами сірководню утворюється сірка, яка далі окиснюється до сульфатів, при цьому в клітинах відмічається поява лопітіонатів, які утворюють глобули. Тобто в клітинах присутня нв сірка, а її гідрофільні попітіонати.

Серед тіонових бактерій особливе положення займає ТЬіоЬасШиз Івггоохніапз. яка здатна рости автотрофно за рахунок окиснення сполук сірки, а також за рахунок окиснення закисного заліза в окисне. Окиснення заліза відбувається через цитохром с, за участю цитохромоксидази і описується рівнянням:

4Рв2 + 4Н* + 6 5 0 + Ог -»<

Далі відбувається гідроліз сульфату заліза з утворенням гідрату окису заліза і сірчаної кислоти:

Рег(30<)3 +6Н20 ^ 2 Ре(ОН)3 +6Н* + З Я О /.

7. ґвігоохі<іап$ характеризується стійкістю до важких металів і здат­ на окиснювати широкий набір сульфідних мінералів, таких як пірит, мар­ казит, арсенопірит, молібденіт, марматид, халькозин, кобальтин, анти­ моніт, галеніт та ін.

Тіонові бактерії ініціюють такий геохімічний процес, як сірчанокислот­ не вивітрювання. При окисненні сірки та її сполук утворюється сірчана кислота, яка збільшує рухомість металів і вигід їх Із мінералів у розчин.

Важ/ыве практичне значення має біологічне вилуговування зі збідне­ них руд таких елементів, як мідь, уран, цинк, нікель, марганець, ванадій. Суть методу полягає в тому, що 7. Оегтохкіап$ окиснює сульфіди заліза до сульфату, який реагує з окислами металів з утворенням їх сульфатів.

Рід ВеддШоа - автотрофні багатоклітинні бактерії, які утворюють трихоми - нитки з 50 і більше клітин. Відноситься до підкласу у класу РгоіаоЬас&епа. Окремі клітини мають паличкоподібну або дископодібну форму, грамнегативні. ПЦ коливається в межах 37,0-51,0% .

Представники роду ВеддізЛоа здатні фіксувати азот, а за його відсут­ ності засвоюють як джерело азоту амоній, нітрати, нітрити, сечовину, аспартат, глутамат, гідролізат казеїну. Окислюють сірководень, тіосульфат з утворенням сіржи. В анаеробних умовах здатні відновлювати сірку і тіосуль­ фат з утворенням сірководню за утилізації органічних речовин (ацетату, фумарату) або власного ендогенного продукту - полі-р-оксибутирату.

Безбарвні сіркобактерії поширені у водоймах, де виділяється сірко­ водень (при розкладі органічних залишків або у сірководневих джере­ лах) і є приток кисню. Вони також розвиваються на поверхні мулу, при цьому утворюють білі плівки.

148